基于热经济学的汽轮机低负荷下的参数联合优化

摘要

近年来，随着云南水电机组的快速增长，云南省形成了水电为主、火电为辅的电源格局，这导致云南地区的大量燃煤火电机组利用小时数逐年大幅下降，常年处于低负荷、低利用小时（下文简称为“双低”）的工况下运行。为了改善“双低”工况下火电机组的运行经济性，本文以云南处于“双低”工况下运行的曲靖电厂300MW燃煤机组为研究对象，结合该电厂实际运行数据，展开基于数据容错的主蒸汽流量一致性建模，热经济学结构理论评价模型建立和汽轮机“双低”工况下参数的联合优化等相关专题研究。本文所称参数联合优化是指考虑环境温度影响的主汽压力优化。本文的研究成果可以为燃煤机组在长期低负荷工况运行时对应不同环境温度下最佳主汽压力的选择提供理论依据，对提高火电机组“双低”工况下的经济性有理论意义及实用价值。 本文主要研究工作和成果如下： （1）提出一种基于数据容错的主汽流量与汽轮机负荷一致性的算法模型。首先，基于数据驱动的方法，建立了通流部分、回热系统和凝汽器系统关键参数的校正模型，并确定了参数校正的阈值；进而，建立基于功率平衡方程的主蒸汽流量一致性模型。该方法具有数据容错和满足功率平衡方程的特点，从而保证性能指标测算结果的正确性，为后续汽轮机组参数联合优化提供了基础。 （2）采用热力系统单位?成本和单位热经济学成本的改进建模方法，建立了300MW汽轮机组热经济学结构理论模型。算例表明，该模型可用于计算汽轮机组“双低”工况下系统各组元的单位产品?成本、单位热经济学成本以及机组发电成本，能够实现热力系统经济性与能效水平的联合评价，并且为后续的汽轮机参数联合优化奠定了优化目标的基础。 （3）提出了基于运行数据的汽轮机参数联合优化的方法。首先，对机组大量实际运行数据样本进行稳态判定，获得用于参数联合优化的典型工况下的稳态运行数据样本；进而，对稳态运行数据样本进行筛选和校核，确定可行解集；第三，分别对汽轮机组4组不同负荷下不同环境温度的运行数据进行聚类，选出代表数据样本习惯运行区的类心，计算类心处隶属度大于0.9的数据样本的热经济学发电成本；最后，以机组发电成本最小为优化目标函数，寻出机组4个不同负荷不同环境温度下对应习惯运行区的最佳主汽压力。 算例表明，采用本文所述优化方法可以寻找“双低”工况下运行的汽轮机组不同负荷不同环境温度下对应习惯运行区的最佳主汽压力，同一环境温度下最优主汽压力随负荷的变化规律可以为汽轮机经济运行提供借鉴。

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